(57)【要約】【課題】本発明の一つの目的は、携帯できる（あるいは小型の）ゲーム装置の非接触型入力装置を提供することである。【解決手段】ゲーム装置(1)の指入力装置において、指を動かすことが可能な指入力空間(15)を含むケース部(10)と、指入力空間への外部からの指(F)の導入位置を決定する指位置決定手段(12)と、ケース部内に設けられて指入力空間における指先の位置を逐次検出する二次元センサ部(40)と、ケース部(10)に外部から視認可能に設けられて、少なくとも指の動きとゲーム画像とを表示可能な二次元表示部(20)と、を備える。【選択図】図３
2010022673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲーム装置の指入力装置であって、
指を動かすことが可能な指入力空間を含むケース部と、
前記指入力空間への外部からの指の導入位置を決定する指位置決定手段と、
前記ケース部内に設けられて前記指入力空間における指先の位置を逐次検出する二次元センサ部と、
前記ケース部に外部から視認可能に設けられて、前記指の動き及びゲーム画像のうち少なくともいずれかを表示可能な二次元表示部と、を備える指入力装置。
【請求項２】
前記指位置決定手段は、前記ケース部に設けられた前記指入力空間への指の挿通穴である、請求項１に記載の指入力装置。
【請求項３】
前記二次元センサ部は、前記指入力空間を介して互いに対向する、光源部とマトリックス状に二次元配列された複数の受光素子とを含み、前記指先の位置としてマトリックスの配列位置を出力する、請求項１又は２に記載の指入力装置。
【請求項４】
前記挿通穴の位置が前記複数の受光素子によるマトリックス状配列の対角位置に相当するように設定される、請求項３に記載の指入力装置。
【請求項５】
前記挿通穴を介して前記指入力空間に挿入された指の指先は、該挿通穴を中心とする円弧状の動きをすることができ、前記複数の受光素子のマトリックス状配列は、該指先の円弧状の軌跡に対応して位置修正される、請求項２乃至４のいずれかに記載の指入力装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の指入力装置を含むゲーム装置であって、
前記指入力空間における複数の指先の位置それぞれに対応した複数の画像を予め記憶した記憶部と、
前記二次元センサ部の出力に基づいて検出した指先の位置に対応する画像を前記記憶部から読み出して前記二次元表示部に出力する第１の画像形成手段と、
を備えるゲーム装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の指入力装置を含むゲーム装置であって、
前記二次元センサ部の出力に基づいて検出したマトリックス状配列上の指先の位置と対角位置との間に指の画像を形成して前記二次元表示部に出力する第２の画像形成手段と、を備えるゲーム装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の指入力装置を含むゲーム装置であって、
前記二次元センサ部の少なくとも２つの指先の位置の出力に基づいて前記指先の移動速度を判別する動き判別手段と、
前記指入力空間における複数の指先の位置にそれぞれ対応した複数の画像と、各隣接する２つの指先の位置相互間にそれぞれ対応する複数の補完画像と、を予め記憶する記憶部と、
前記指先の移動速度が基準値よりも早いときに前記二次元センサ部の出力に基づいて検出した指先の位置に対応する画像を前記記憶部から読み出して前記二次元表示部に出力し、前記指先の移動速度が基準値よりも遅いときに、更に、前記二次元センサ部の２つの指先の位置の出力間においても、当該２つの指先の位置間に対応する前記補完画像を当該遅さに対応した数で読み出して前記二次元表示部に出力する第３の画像形成手段と、を備えるゲーム装置。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれかに記載の指入力装置を含むゲーム装置であって、
前記指入力空間における指先の一定範囲の位置変化パターンであるジェスチャを予め記憶したジェスチャ記憶部と、
前記ジェスチャに対応づけて前記二次元表示部に表示すべき画像を予め記憶したジェスチャ画像記憶部と、
前記二次元センサ部によって検出される指先の一連の動きが予め記憶された前記ジェスチャに該当するかどうかを判別するジェスチャ判別手段と、
前記指先の動きが前記ジェスチャに該当するとき、当該ジェスチャに対応する画像を前記ジェスチャ画像記憶部から読み出して、前記二次元表示部に出力する第４の画像形成手段と、を備えるゲーム装置。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載の指入力装置を含むゲーム装置であって、
前記指入力空間における指先の一定範囲の位置変化パターンであるジェスチャを予め記憶したジェスチャ記憶部と、
前記ジェスチャに対応して実行すべきゲームプログラムを予め記憶したジェスチャプログラム記憶部と、
前記二次元センサ部によって検出される指先の一連の動きが予め記憶された前記ジェスチャに該当するかどうかを判別するジェスチャ判別手段と、
前記指先の動きが前記ジェスチャに該当するとき、当該ジェスチャに対応するゲームプログラムを前記ジェスチャプログラム記憶部から読み出して実行し、その結果を前記二次元表示部に出力する第５の画像形成手段と、を備えるゲーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指を使用してゲーム装置への指示操作を可能とする指入力装置及びこの指入力装置を使用したゲーム入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を表示するビデオ型ゲーム装置では、いわゆるコントローラを使用して入力操作を行っている。コントローラに設けられたレバーを押したり、ボタンを押したりすることによって操作量が入力される。このようなゲーム装置では、入力操作に多様性を持たせることができない、手を触れるために入力装置が損傷しやすい等という不具合があった。そこで、特許文献１に記載の発明では、プレイヤの体の動きによってゲーム装置に指令を入力する入力装置やゲーム装置を提案している。
【特許文献１】特開２００１−１３７５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載のゲーム装置の入力装置は、大型であり、アミューズメントセンタのような場所に設置することを前提としたものである。プレイヤが携帯して楽しめるような、携帯型ゲーム装置や小型のゲーム装置に使用することは困難である。
【０００４】
よって、本発明の一つの目的は、携帯できる（あるいは小型の）ゲーム装置の非接触型入力装置を提供することである。また、指先の動きで非接触の入力操作を行うことができる入力装置を提供することである。更には、本発明の一つの目的は、指先の動きで入力操作を行うことができるゲーム装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の指入力装置は、ゲーム装置の指入力装置において、指を動かすことが可能な指入力空間を含むケース部と、上記指入力空間への外部からの指の導入位置を決定する指位置決定手段と、上記ケース部内に設けられて上記指入力空間における指先の位置を逐次検出する二次元センサ部と、上記ケース部に外部から視認可能に設けられて、上記指の動き及びゲーム画像のうち少なくともいずれかを表示可能な二次元表示部と、を備える。
【０００６】
かかる構成とすることによって、指入力空間における指の動きによって入力操作を行うことが可能となる。また、内部の不可視の指の動きを疑似画像によって二次元表示部に表示することによって指の動きを知ることができる。また、ケース内に入れる指の導入位置を特定位置に決定することによって、関節に制約される指の動き（曲がり方）は限定されるため、指の動きや指先位置の検出に要するデータ処理量が少なくて済む。
【０００７】
上記指位置決定手段は、上記ケース部に設けられた上記指入力空間への指の挿通穴や指位置を規制できるリング体等であることが望ましい。それにより、ケース部の挿通穴の縁あるいはリング体によって指の移動が制約され、簡便な構成で指の導入位置を決定することができる。
【０００８】
上記二次元センサ部は、上記指入力空間を介して互いに対向する、光源部とマトリックス状に二次元配列された複数の受光素子とを含み、上記指先の位置としてマトリックスの配列位置を出力する、ことが望ましい。それにより、非接触で指（あるいは指先）の位置を二次元的に検出することができる。なお、マトリックスの配列位置の出力は、マトリクス形式のアドレス表示（縦・横の番号、符号の組み合わせ）そのものである必要はなく、マトリックスの配列位置に対応づけられていれば、連続したあるいは非連続の番号や符号であっても良く、ＣＰＵによる処理で識別できればよい。
【０００９】
上記挿通穴の位置が上記複数の受光素子によるマトリックス状配列の対角位置に相当するように設定される、ことが望ましい。それにより、指先の移動範囲を大きく設定することが可能となる。
【００１０】
上記挿通穴を介して上記指入力空間に挿入された指の指先は、該挿通穴を中心とする円弧状の動きをすることができ、上記複数の受光素子のマトリックス状配列は、該指先の円弧状の軌跡に対応して位置修正される、ことが望ましい。それにより、関節に制約される指の動きにより対応した検出器配置となり、指の動きに即した位置検出が可能となって具合がよい。
【００１１】
また、本発明のゲーム装置は、上述した構成の入力装置を備えるものであり、上記指入力空間における複数の指先の位置それぞれに対応した複数の画像を予め記憶した記憶部と、上記二次元センサ部の出力に基づいて検出した指先の位置に対応する画像を上記記憶部から読み出して上記二次元表示部に出力する第１の画像形成手段と、を備える。
【００１２】
かかる構成とすることによって、非接触型の指入力ゲーム装置を得ることができる。
【００１３】
また、本発明のゲーム装置は、上述した構成の指入力装置を含むものであり、上記二次元センサ部の出力に基づいて検出したマトリックス状配列上の指先の位置と対角位置との間に、指の画像を形成して上記二次元表示部に出力する第２の画像形成手段と、を備える。
【００１４】
かかる構成とすることによって、二次元表示器に指の根元から指先までの画像が表示される。
【００１５】
また、本発明のゲーム装置は、上述した構成の入力装置を備えるものであり、上記二次元センサ部の少なくとも２つの指先の位置の出力に基づいて上記指先の移動速度を判別する動き判別手段と、上記指入力空間における複数の指先の位置にそれぞれ対応した複数の画像と、各隣接する２つの指先の位置相互間にそれぞれ対応する複数の補完画像と、を予め記憶する記憶部と、上記指先の移動速度が基準値よりも早いときに上記二次元センサ部の出力に基づいて検出した指先の位置に対応する画像を上記記憶部から読み出して上記二次元表示部に出力し、上記指先の移動速度が基準値よりも遅いときに、更に、上記二次元センサ部の２つの指先の位置の出力間においても、当該２つの指先の位置間に対応する上記補完画像を当該遅さに対応した数で読み出して上記二次元表示部に出力する第３の画像形成手段と、を備える。
【００１６】
かかる構成とすることによって、指の動きが遅いときであっても表示画像変化がなめらかになり、画像がカクカク変化する不具合を解消できる。
【００１７】
また、本発明のゲーム装置は、上述した構成の入力装置を備えるものであり、上記指入力空間における指先の一定範囲の位置変化パターンであるジェスチャを予め記憶したジェスチャ記憶部と、上記ジェスチャに対応づけて上記二次元表示部に表示すべき画像を予め記憶したジェスチャ画像記憶部と、上記二次元センサ部によって検出される指先の一連の動きが予め記憶された上記ジェスチャに該当するかどうかを判別するジェスチャ判別手段と、上記指先の動きが上記ジェスチャに該当するとき、当該ジェスチャに対応する画像を上記ジェスチャ画像記憶部から読み出して、上記二次元表示部に出力する第４の画像形成手段と、を備える。
【００１８】
かかる構成とすることによって、指入力空間内で特定の指の動き、例えば、突く、はじく、押しつける、なでる、よせる等のジェスチャをすることによってゲーム装置にアニメーション（動画）等の特定の画像表示、静止画、ゲーム画像等の表示を行わせることが可能となる。
【００１９】
また、本発明のゲーム装置は、上述した構成の入力装置を備えるものであり、上記指入力空間における指先の一定範囲の位置変化パターンであるジェスチャを予め記憶したジェスチャ記憶部と、上記ジェスチャに対応して実行すべきゲームプログラムを予め記憶したジェスチャプログラム記憶部と、上記二次元センサ部によって検出される指先の一連の動きが予め記憶された上記ジェスチャに該当するかどうかを判別するジェスチャ判別手段と、上記指先の動きが上記ジェスチャに該当するとき、当該ジェスチャに対応するゲームプログラムを上記ジェスチャプログラム記憶部から読み出して実行し、その結果を上記二次元表示部に出力する第５の画像形成手段と、を備える。
【００２０】
かかる構成とすることによって、指入力空間内で特定の指の動き、例えば、突く、はじく、押しつける、なでる、よせる等のジェスチャをすることによってゲーム装置に特定のプログラムを実行させることが可能となる。
【００２１】
なお、上述した指入力装置は、指に代えて、鉛筆やボールペン等の棒状体を使用した入力装置とすることもできる。すなわち、ゲーム装置の入力装置であって、棒状体を動かすことが可能な入力空間を含むケース部と、上記入力空間への外部からの棒状体の導入位置を決定する位置決定手段と、上記ケース部内に設けられて上記入力空間における棒状体の先端の位置を逐次検出する二次元センサ部と、上記ケース部に外部から視認可能に設けられて、少なくとも上記棒状体の動き及びゲーム画像のいずれかを表示可能な二次元表示部と、を備えるものであってもよい。
【００２２】
かかる構成として場合には、より小型のゲーム装置の入力装置を構成することが可能となる。逆に、入力装置を大型に構成する場合には棒状体に腕を対応させ、腕の動きによってゲーム装置への入力を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２４】
まず、本発明の指入力装置を備えたゲーム装置について図１乃至図４を参照してその構成の概略を説明する。各図において対応する部分には同一符号を付している。
【００２５】
図１は、本発明の指入力装置を備えたゲーム装置の斜視図であり、ゲーム装置１は、全体形状が四角柱状の六面体のケース部１０を備えている。ケース部１０は、プラスチック（合成樹脂）を成型して作製されており、その正面パネルには、外部に画像を可視的に表示する二次元表示部としのＬＣＤ表示器２０が設けられている。正面パネル右下には、電源のオンオフや特殊なモードを後述のＣＰＵに指令するスイッチ１１が設けられている。
【００２６】
ケース部１０の右側面パネルの上部には、手の指（例えば、人差し指）をケース部１０内に設けられた後述の指入力空間１５に挿入する挿通穴１２が設けられている（図３参照）。この挿通穴１２は、指入力空間１５への指の導入位置を決定し、後述の二次元センサのマトリクスに対する指基部の相対的な位置を決定する指位置決定手段として機能する。なお、挿通穴１２に代えて同様に機能する環状のリング体をケース部１０の右側面に配置しても良い。
【００２７】
図２は、ケース部１０をその正面パネル略中央部で前後方向（正面−背面方向）においてカットした例を示す斜視図である。同図に示されるように、ケース部１０内には、既述ＬＣＤ表示器２０の他に、指入力空間における指先の位置や指の動きを検出する二次元センサ部が設けられている。二次元センサ部は、光源部３０と、センサアレイ部４０、後述のセンサインタフェース４２及びシフトレジスタ部４４等を含んでいる。光源部３０とセンサアレイ部４０とは指入力空間１５を介して互いに対向して配置されている。光源部３０は、例えば、光放射角度範囲が広角度に設定されたＬＥＤ３２や、ＬＥＤと拡散板を用いてＬＥＤの放射光を面光源としたもの、面発光する（有機・無機）ＥＬなどによって構成される。センサアレイ部４０は、例えば、受光素子としてのフォトトランジスタを基板上にマトリクス状に配置して構成される。なお、光源部３０及びセンサアレイ部４０を赤外線発光素子及び赤外線受光素子とすることで外部の可視光の影響を防止することが可能である。この基板と同一基板あるいは別基板上に後述のマイクロコンピュータシステムが設けられている。上述したセンサインタフェース４２及びシフトレジスタ部４４は、後述するマイクロコンピュータシステム５０によって実現されている。
【００２８】
図２に示されるように、ケース部１０の裏面側には、スピーカ５７及び電源５８が設けられている。スピーカは公知のものが使用可能であり、特に限定されるものではないが、例えば、低消費電力のピエゾスピーカを使用することが望ましい。電源５８は、指入力装置及びゲーム装置の電源であり、一次電池又は２次電池を使用することができる。図示の例では、３個の電池によって４．５ボルトを得ているが、所要の電力が得られればよく、特定の電源に限定されるものではない。
【００２９】
図３及び図４は、本願の指入力装置の動作の概略を説明する説明図である。
【００３０】
図３に示されるように、ケース部１０の左右側面の各パネルと、光源部３０の基板と、センサアレイ部４０の基板とが画定する空間が、指入力空間１５を形成している。この指入力空間１５に挿通穴１２を介して指Ｆが挿入される。指Ｆは左右の手のいずれの指であっても良いが、人差し指が好適である。前述したように、指に代えて、鉛筆やボールペン等の棒状体を使用することもできる。こうした場合には、より小型の入力装置を構成することが可能となる。
【００３１】
図４（Ａ）に示すように、指入力空間１５に指Ｆが挿入されると、指Ｆが光源部３０からの放射光の一部を遮り、同図（Ｂ）に示すように、センサアレイ部４０上に指Ｆの陰を作る。センサアレイ部４０のセンサマトリクスの各フォトトランジスタの各出力は必要により図示しないアンプを介して増幅され、センサインタフェース４２の各データラッチに入力される。各データラッチは、図示しない制御プログラムによって予め定められたサンブリングタイミングでセンサアレイ部４０の各出力をラッチし、センサアレイの各センサ配置（配列）位置に対応したマトリクス状の各センサ出力のデータ群（マトリクス出力）を得る。
【００３２】
上記マトリクス出力から、例えば、マイクロコンピュータによるデータ処理によって指先の位置を検出する。指先の位置は、例えば、後述するようにマトリクス出力からマトリクスの配列で最も左側かつ最も下側にあるデータの配列位置を指先の位置と判別することができる（図８参照）。
【００３３】
次に、図４（Ｃ）に示すように、マトリクス配列の各位置に対応した指画像を予め複数記憶部に記憶しておき、検出した指先の位置に対応する指の画像を記憶部から読み出して、当該画像のデータをＬＣＤ表示器２０に表示する。これによって、外部からは見えない指入力空間１５における指の動きが表示される（図９参照）。
【００３４】
指先位置は所定サンプリングタイミング（ゲーム画面の表示更新間隔）、例えば、０．１〜０．２秒間隔で検出され、指のＬＣＤ表示器画像が更新される。それにより、指Ｆを動かすとこれに追従してＬＣＤ表示器２０に表示される指も更新され、動画として表示される。
【００３５】
後述するように、遊戯者の指の動きの画像に更に加えて、ゲームキャラクタなどの画像を表示することによって指位置と対応する画像が表示され、指位置の移動（指の動き）に対応して画像が逐次変化するゲーム画像や指の動きによってゲーム進行が展開されるゲーム画像が表示されるので面白い画像効果が得られる。
【００３６】
また、指先位置は後述のシフトレジスタ等の記憶部に時系列的に記憶される。単位時間における指先位置の位置変化量によって指先の動きの速さを判別する。例えば、この速さに対応して画面画像を補完し、自然な動画像に見せることができる。また、指先位置の位置変化パターンと予め記憶された指先位置の位置変化パターンとを比べることによって、所定の指先の動作（ジェスチャ）を判別する。例えば、「突く」、「はじく」、「押しつける」、「なでる」、「よせる」等の指の動作を判別する。このようなジェスチャに対応してゲーム展開を行うことができる。
【００３７】
図５は、本願の指入力装置を備えるゲーム装置の制御系を説明する説明図である。同図において図１乃至図３と対応する部分には同一符号を付し、係る部分の説明は省略する。
【００３８】
図５に示すように、ゲーム装置１の各機能の多くは、１つのＩＣチップによって、あるいは複数のＩＣチップによって構成される公知のマイクロコンピュータシステム５０を用いて実現されている。
【００３９】
マイクロコンピュータシステム５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、画像メモリ部５４、画像出力部５５、音源部５６、電源部５８、スイッチインタフェース５９等を備えている。また、前述したセンサインタフェース４２及びシフトレジスタ４４も備えている。
【００４０】
ＣＰＵ５１は、ゲームプログラムや各部の制御プログラムを実行してゲーム装置の制御を行っている。いわゆるビデオゲームと同等の機能を備え、ＲＡＭ５３に展開される仮想ゲーム空間に配置されたゲームキャラクタ（ロボット）の制御や移動、ゲームの勝敗の判別、ゲーム画像の形成などの機能を備えている。記憶部に相当するＲＯＭ５２は各種プログラムや画像データ等を記憶している。ＲＡＭ５３は実行プログラム、データ処理のデータ、ゲーム空間の形成、ゲームパラメータ、ゲームフラグなどを記憶する。画像メモリ５４は、読み出された画像の保持、ゲーム画像との合成等を行ってＬＣＤ表示器２０に表示すべき画像を形成する。画像出力部５５は画像メモリ５４に形成された画像を画像信号としてＬＣＤ表示器２０に出力する。
【００４１】
なお、ＣＰＵ５１、画像メモリ５４、画像出力部５５及び制御プログラムは既述第１乃至第５の画像形成手段を構成する。
【００４２】
音源部５６は、ゲーム場面に応じてＣＰＵ５１から送られる音声データを音声信号に変換し、パワー増幅してスピーカ５７に供給する。本願では、例えば、特定のジェスチャが特定のゲーム画面で検出されたときに、当該ジェスチャに予め対応づけられた音声が発生するようになすことができる。
【００４３】
電源部５８は、ＬＣＤ表示器２０、光源部３０、センサアレイ部４０、マイクロコンピュータ５０等の各部に所要の電源を供給する。
【００４４】
スイッチインタフェース５９は、遊戯者によるスイッチ１１の操作に応じて電源の投入、開放を行う。また、所定時間を経過してもゲーム装置に対して入力操作が行われない場合（タイムアウト）に、ゲーム装置（ＣＰＵ）にゲームの終了を指令し、電源供給を遮断したり、ゲームモードから時計表示やカレンダ表示のモードにゲーム装置の動作を切り換えたりする。また、ケース部１０の背面に設けられたリセットスイッチＲの操作に応じてＣＰＵに割り込み信号を発生し、実行プログラムの停止、終了などを指令することができる。
【００４５】
既述したように、センサインタフェース４２は、センサアレイ部４０の各出力を保持する複数のデータラッチを備えている。各データラッチは、予め定められたサンブリング周期でセンサアレイ部４０の各出力を取り込み、マトリクス状に配置された各センサ出力のデータ群（マトリクス出力）を得る。例えば、これ等のデータ群はＲＡＭ５３の所定エリアに送られ、マイクロコンピュータによるデータ処理の対象とされる。この処理によって指先の位置を検出する。検出された指先の位置は一連の指先位置を記憶するシフトレジスタ４４に送られる。
【００４６】
なお、シフトレジスタ４４に代えてＲＡＭ５３をシフトレジスタとして利用することができる。また、センサインタフェース４２自体が指先の位置を検出する機能を備えるようにすることもできる。
【００４７】
次に、指先位置の検出と画像表示の例について図６及び図７を参照して説明する。図６は、センサアレイ部４０の各センサの配置例を示しており、図６（Ａ）では、９個のセンサ（図中に○印で示されている）が縦に３列（１，２，３）、横に３行（Ａ，Ｂ，Ｃ）でマトリクス状に配列（３×３）されている。このマトリクス位置の右上位置（Ａ，１）である対角位置が指Ｆの挿通穴１２部分に対応している。
【００４８】
なお、挿通穴１２の形成位置としては、例えば、他の対角位置である（Ａ，３）、（Ｃ３，）、（Ｃ，１）であっても良い。位置（Ａ，３）の場合には、左側面に挿通穴を設けた左手挿入用の場合に好適である。位置（Ｃ，３）、（Ｃ，１）の場合には、それぞれ左手指上向挿入、右手指上向挿入の場合に具合がよい。
【００４９】
ケース内に入れる指の導入位置を挿通穴１２によって特定位置（実施例では、対角位置）に決定することによって、関節に制約される指の動き（曲がり方）は限定されるため、指の動きや指先位置の検出に要するデータ処理量が少なくて済む利点がある。
【００５０】
図６（Ｂ）は、センサアレイ部４０の各センサの他の配置例を示している。上述のように図６（Ａ）のセンサ配置の例では、９個のセンサが、上下方向及び左右方向にそれぞれ一定間隔でマトリクス状に配列されている。これに対して、図６（Ｂ）に示す例では、指の第１乃至第３の関節による実際の指先の動きに対応してマトリクス状のセンサ配置位置を修正している。すなわち、第１乃至第３の関節により、指が手の開いた状態から手の内側にのみ曲がること、挿通穴１２の位置に指の基部が存在し、この部分を第１の中心として、更に関節を第２、第３の中心とする指先が円弧状の軌跡で動くことを考慮して、センサ配置位置を修正している。
【００５１】
複数の受光素子のマトリックス状配列が、該指先の円弧状の軌跡に対応して位置修正されることにより、関節に制約される実際の指の動きにより対応した検出器配置となり、指の動きに即した位置検出が可能となって具合がよい。
【００５２】
図７は、指入力空間に挿入した指の指先の位置に応じて画面に表示される表示画面の例を説明する説明図である。同図は、図６の９個のセンサが配されたマトリクスにおける各位置（Ａ，１）〜（Ｃ，３）に指先が存在する場合にＬＣＤ表示器２０に表示される指の画像の例を示している。行方向（図の左右方向、１→３方向）に指が移動すると指が伸びた画像となる。また、列方向（図の上下方向、Ａ→Ｃ方向）に指が移動すると指が曲がる画像となる。
【００５３】
次に、ＣＰＵによる各種のデータ処理について説明する。ＣＰＵは指入力装置及びゲーム装置としての各種の機能を担っている。
【００５４】
図８は、インタフェース４２の出力からＣＰＵ５１が指先位置を判別する手順を説明するフローチャートである。
【００５５】
前述したように、指Ｆが指入力空間１５に挿入され、センサアレイ部４０の各センサの出力がセンサインタフェース４２の各データラッチに入力される（図３及び図４参照）。各データラッチは、所定のサンブリングタイミングでセンサアレイ部４０の各出力をラッチし、センサアレイの各センサ配置（配列）位置に対応したマトリクス状の各センサ出力のデータ群（マトリクス出力）を得る。これ等のセンサ出力のデータ群は所定のタイミングでセンサインタフェース４２からＲＡＭ５３の所定領域に転送される（ＤＭＡ動作）。データ群がＲＡＭ５３に取り込まれると、センサインタフェース４２は図示しないフラグレジスタのセンサフラグをオンに設定する。なお、フラグレジスタはＲＡＭ５３の所定の領域を使用することでも実現できる。
【００５６】
ＣＰＵ５１は、メインプログラムを実行中に、割り込み指令あるいはフラグレジスタのチェックルーチンによってセンサフラグがオンに設定されたことを判別すると（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、本ルーチンを実行する。
【００５７】
まず、ＣＰＵ５１は、マトリクス状に配列された各センサの出力を読み取り（ステップＳ１４）、指先位置を判別する（ステップＳ１６）。指先配置の判別は、例えば、指の存在を示す出力データ群のうち、マトリクス配列において最も左側且つ最も下側にあるデータの配列位置を指先の位置と判別する。勿論、他の判別アルゴリズムを用いて指先位置を判別しても良い。
【００５８】
指先位置を判別すると、指先位置を示すデータ、例えば、マトリクスの配列番号（アドレス）を所定の指先位置レジスタ（あるいはＲＡＭ５３の所定の領域）に書き込み、フラグレジスタの指先位置出力フラグをオンに設定する（ステップＳ１８）。その後、ＣＰＵ５１はメインプログラムに戻る。
【００５９】
このようにして、所定のサンプリング周期毎に指の動きがセンサインタフェース４２に取り込まれ、その都度本ルーチンが実行されて指先位置が連続的に検出される。この指先位置は、既述したシフトレジスタ４４にも送られ、一定数の指先位置のデータが時系列的に保持され、指先の軌跡が保持される。このデータは、後述の指の動きの速さ判別やジェスチャの判別に使用される。
【００６０】
図９は、ＣＰＵ５１が指先位置に対応した画像を表示する例を説明するフローチャートである。
【００６１】
ＣＰＵ５１は、指先位置が検出されたことを示す上述の指先位置出力フラグがオンになったことを判別すると、本ルーチンを実行する（ステップＳ２２）。
【００６２】
まず、ＣＰＵ５１は、指先位置レジスタから指先の位置を読み込む。例えば、図７に記すように、位置（Ａ，１）を読み込む。ＣＰＵ５１は、予め記憶されているアドレス変換表を参照して位置（Ａ，１）に対応する画像のデータをＲＯＭ５２から読み出す（ステップＳ２６）。この画像のビットマップデータを画像メモリ５４に転送し、画像出力部５５に動作を指令する（ステップＳ２８）。それにより、ＬＣＤ表示器２０に画像信号が送られ、図７中に２０で示される指の画像が表示される。その後、ＣＰＵ５１はメインプログラムに戻る。この例における、ＣＰＵ５１、画像メモリ５４、画像出力部５５及び制御プログラムは既述第１の画像形成手段に相当する。
【００６３】
上述したように、指先位置が時系列的に検出され、そのときの指先の位置に対応した指の画像がＬＣＤ表示器２０に表示されることによって、ケース部１０内の指入力空間１５における指の動作を見ることが可能となる。
【００６４】
なお、上述の例では、指先位置に対応した画像を記憶部（ＲＯＭ５２）から読み出してこれをＬＣＤ表示器２０に表示しているが、ＲＡＭ５３内に保持された指の基部位置（対角位置）と検出された指先位置との間にＣＰＵ処理によって線引き処理を行い、疑似指を形成し、これをＬＣＤ表示器２０に表示するものであっても良い。このようにした場合には、画像の保持量が減って具合がよい。この例における、ＣＰＵ５１、画像メモリ５４、画像出力部５５及び制御プログラムは既述第２の画像形成手段に相当する。
【００６５】
図１０は、ＣＰＵ５１が指先の移動速度を検出する例を説明するフローチャートである。後述するように、指入力空間内における遊戯者の指の動きが遅い場合には、指の表示画像がカクカク変化するものとなる傾向がある。このような場合には、指先配置に対応した表示画像間に中間画像を補完して画像の動きを滑らかにすることが望ましい。このような処理を行う前提として指先の動きの速さ（移動速度）の検出が必要となる。
【００６６】
ＣＰＵ５１は、指先位置が検出されたことを示す上述の指先位置出力フラグがオンになったことを判別すると、本ルーチンを実行する（ステップＳ３０）。
【００６７】
まず、ＣＰＵ５１は、時系列的に指先の位置を記憶しているシフトレジスタ４４から指先の位置を読み込む（ステップＳ３２）。例えば、前回の指先位置と今回の指先位置との差（例えば、ベクトルの距離相当）を求める（ステップＳ３４）。なお、前々回の位置と今回の位置との差であっても良い。両データの時間差で位置差を割り算し、指先の速度を求める。なお、データのサンプリングが一定間隔で行われている場合には、差分の値を速度として扱っても良い（ステップＳ３６）。検出した指先の速度を指先速度検出レジスタに書き込む。なお、指先速度検出レジスタはＲＡＭ５３の所定領域を割り当てても良い（ステップＳ３８）。その後、ＣＰＵ５１はメインプログラムに戻る。
【００６８】
後述するように、指先位置の速度を検出すると、指先位置の速度に応じて補完画像の枚数を決定し、表示画像の動きを可及的に滑らかにすることが可能となる（図１３参照）。
【００６９】
このようにして、指入力装置から指入力空間における指位置、指の動きの速さの情報がゲーム装置に出力される。
【００７０】
次に、上述した指入力装置を使用するゲーム装置について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、指入力装置を使用した全体動作を説明するフローチャートである。
【００７１】
図１１に示すように、スイッチ１１によって電源が投入されセルと、ＣＰＵ５１は初期プログラムを実行し、各部の初期化とゲームプログラムの読み込みを行う（ステップＳ４０）。次に、予め定められたオープニングプログラムを実行してゲームタイトルやロゴなどを表示したオープニング画面を表示する（ステップＳ４２）。その後、ＣＰＵ５１は遊戯者の入力を待つ待機画面をＲＯＭ５２から読み出し、ＬＣＤ表示器２０に表示する。
【００７２】
ＣＰＵ５１は、センサインタフェース４２の出力によって指が指入力空間に挿入されたことを判別すると、複数のゲームの中からゲームを選択するメニュー選択画面をＬＣＤ表示器２０に表示させる（ステップＳ４６）。指の操作によってゲームが選択されると、該当ゲームが実行される。ゲームは種々のものが可能であるが、例えば、本願では指先の動きに対応してキャラクタが種々の動作をするゲームが展開される（ステップＳ４８）。ゲームが終了すると待機状態に戻る。
【００７３】
図１２に示すように、本ゲーム装置においては、上記ゲーム実行中（ステップＳ４８、ステップＳ５２）、ゲーム画面の更新間隔、例えば、０．１秒から０．２秒毎に、ＣＰＵ５１はフラグレジスタを見て割り込み処理を行っても良いかどうかを判断する（Ｓ５４）。良い場合には（ステップＳ５４；ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、指先位置が検出されたことを示す上述の指先位置出力フラグがオンになったことを判別する（ステップＳ５６；ＹＥＳ）。
【００７４】
まず、ＣＰＵ５１は、指先位置レジスタから指先の位置を読み込む。また、現在のゲームの種類、場面を判別し、該当するアドレス変換表を用いて指先位置に対応したゲーム画面をＲＯＭ５２から読み出し、画像メモリ５４、画像出力部５５を介してＬＣＤ表示器２０に表示させる（ステップＳ５８）。その後ゲーム（ステップＳ４８）に戻る。
【００７５】
図１３は、指先の動きの早さに応じて単位時間当たりの表示画面数を変化させる例を説明するフローチャートである。図１４及び図１５は、画像補完の例を説明する図である。
【００７６】
ＣＰＵ５１は、メインプログラム実行中にフラグレジスタの補完が総出力がオンになっていると、所定のタイミングで本ルーチンを実行する。ＣＰＵ５１は既述した指先速度検出レジスタから、検出した指先の速度を読み出す（ステップＳ６２）。
【００７７】
ＣＰＵ５１は、検出した指先の速度を予め定められた判別基準値と比較し、速さを判断する。例えば、高低の二段階、高中低の三段階に判別する。この実施例では三段階に判別している（ステップＳ６４）。
【００７８】
なお、シフトレジスタ４４には、指先位置が時系列的に記録されているので、例えば、同じ指先の位置が３回続いた場合には低速度、２回の場合には中速度、１回の場合には高速度、というように速度判別を行っても良い。このようにした場合には、演算の負担が少なくて具合がよい（ステップＳ３４−３６参照）。
【００７９】
ＣＰＵ５１が指先の動きを高速と判別した場合には（ステップＳ６４；高速）、画像の補間は必要ないので、図９に示したように、既述指先位置レジスタあるいはシフトレジスタ４４から指先位置出力を読み取り（ステップＳ６６）、この位置に対応した画像をＲＯＭから読み出して画像メモリ５４に送る（ステップＳ６８）。
【００８０】
ＣＰＵ５１が指先の動きを中速と判断した場合には（ステップＳ６４；中速）、画像の補間が望ましいので、指先位置レジスタあるいはシフトレジスタ４４から指先位置出力を読み取り（ステップＳ７０）、現在のゲーム場面において、この位置に対応した一連の画像群１（例えば２枚）を予め記憶したＲＯＭ５２から読み出して画像メモリ５４に送る（ステップＳ７２）。
【００８１】
ＣＰＵ５１が指先の動きを低速と判別した場合には（ステップＳ６４；低速）、画像の補間が必要であるので、指先位置レジスタあるいはシフトレジスタ４４から指先位置出力を読み取り（ステップＳ７４）、この位置に対応した一連の画像群２（例えば３枚）を予め記憶したＲＯＭ５２から読み出して画像メモリ５４に送る（ステップＳ７６）。
【００８２】
なお、中速・低速における補完画像の枚数は、上記枚数に限られず、それぞれ視覚上適当な効果が得られる枚数に設定される。
【００８３】
画像メモリ５４に記憶された画像は画像出力部５５によってビデオ信号としてＬＣＤ表示器２０に出力される。指先の動きが高速度の場合には、画像は通常のフレームレートで送出される。中速の場合には、画像は補完画像によってフレームレートを増加して送出される。低速の場合には、画像は補完画像によってフレームレートを更に増加して送出される（ステップＳ７８）。その後、ＣＰＵ２１はメインプログラムに戻る。
【００８４】
図１４は画像補完を説明する説明図である。同図には、位置（Ａ，２）と位置（Ａ，３）との間、位置（Ａ，３）と位置（Ｂ，３）との間にそれぞれ補完画像が挿入されることを示している。上述したように、補完画像の枚数は、適当な一連の画像群による適当な数に設定される。
【００８５】
図１５は、図７に示す、３×３のセンサ配置による指位置検出の場合に、各検出位置の間に１つの補間画像を配置するようにした場合の画像例を示している。同図においては、図７の横位置「１」、「２」、「３」がそれぞれ「１０」、「２０」、「３０」に対応している。また、縦位置の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」がそれぞれ「Ａ０」、「Ｂ０」、「Ｃ０」に対応している。
【００８６】
このように、指の動きの速さに応じて画像を補完することによってゲーム画像を滑らかに変化させることが可能となる。この例におけるＣＰＵ５１、画像メモリ５４、画像出力部５５及び制御プログラムは既述第３の画像形成手段を構成する。
【００８７】
次に、ジェスチャについて図１６乃至図１８を参照して説明する。本ゲーム装置では、遊戯者がゲームの予め定められた画面で特定の指の動作、例えば、「突く」、「はじく」、「押す」、「つぶす」、「よせる」、「こする」、「くすぐる」などを行うと、これに対応してゲーム画面が変化あるいはゲーム展開が変化するようになされている。このために、特定の指の動作の検出と、対応するゲーム画像の選択あるいは対応するゲーム展開が行われる。
【００８８】
図１６は、指先で特定の動作（ジェスチャ）をしたどうかを検出する例を説明するフローチャートである。同図に示すように、ＣＰＵ５１は、ゲーム実行中（例えば、ステップＳ４８）において、特定のジェスチャがなされたかどうかを判別している。
【００８９】
まず、ＲＯＭ５２から現在実行されているゲームの画面において許容されるジェスチャの情報（指先の位置変化パターン）を読み出す（ステップＳ８２）。ここで、ＲＯＭ５２はジェスチャ記憶部に相当する。次いで、シフトレジスタ４４に保持された指先位置の一連の動きを読み出す（ステップＳ８４）。この所定位置における指先の動きが予め定義された特定のジェスチャに対応するかどうかを判別する（ステップＳ８６）。
【００９０】
例えば、図１８の画像１及び２に示すように、顔の画像が表示されているときに、指先の位置を、位置（Ｂ，１）及び位置（Ｃ，１）間に連続５回以上移動すると、ＣＰＵ５１はＲＯＭ５２から得たジェスチャの情報に基づいて、顔画像との関連において「耳をこする（耳いじり）動作」（ジェスチャ）を行ったと判断する（ステップＳ８６）。このジェスチャに対応する番号（コード）を図示しないジェスチャレジスタに書き込む（ステップＳ８８）。また、フラグレジスタにジェスチャフラグをオンに設定する。なお、ＲＡＭ５３の所定領域をジェスチャレジスタとしても良い。ＣＰＵ５１は、ジェスチャ番号の書き込み後、あるいはジェスチャはなかったと判断した後（ステップＳ８６；ＮＯ）、元のプログラムに戻る。
【００９１】
次に、図１７に示すように、ＣＰＵ５１はフラグレジスタにジェスチャフラグが設定されていると、アニメーションなどの動画表示や対応するゲーム展開を行う。ＣＰＵ５１は、ジェスチャを検出すると（ステップＳ９２；ＹＥＳ）、ジェスチャレジスタからジェスチャ番号を読み取る（ステップＳ９４）。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２からジェスチャ番号に対応する一連の画像群（アニメーション）あるいはゲームプログラムを読み取る（ステップＳ９６）。ここで、ＲＯＭ５２はジェスチャ画像記憶部あるいはジェスチャプログラム記憶部に相当する。ＣＰＵ５１は、読み取った画像のデータを画像メモリ５４に送る。画像出力部５５はＬＣＤ表示器２０に一連の画像を供給することによって、図１８の画像３に示すような、笑い顔のアニメーション（動画）が表示される。そして、笑い顔が数回繰り返された後、画像４に示すような、怒り顔を表示する。この例におけるＣＰＵ５１、画像メモリ５４、画像出力部５５及び制御プログラムは第４の画像形成手段に相当する。
【００９２】
また、ＲＯＭ５２からゲームプログラムを読み込んだときには、当該ゲームが実行され、ジェスチャに対応したゲーム展開が行われる。ゲーム展開は、ゲームプログラムによって画像を形成し、前述したような顔画像から別の画像への切り替えるものであっても良い。また、ビデオゲームのようにコンピュータシステム内に形成される仮想ゲーム空間におけるゲームの展開状況を変えるようなものであっても良い。この例におけるＣＰＵ５１、画像メモリ５４、画像出力部５５及び制御プログラムは第５の画像形成手段に相当する。
【００９３】
ＣＰＵ５１は画像表示等を行った後、あるいはジェスチャを検出しなかったとき（ステップＳ９２；ＮＯ）には、本ルーチンを終了して元のプログラムに戻る。
【００９４】
なお、上述した実例においては、ＣＰＵ５１が指入力装置のインタフェース部分の処理（位置検出、速度検出、ジェスチャ検出など）とゲーム装置の処理とを行っているが、ＣＰＵを指入力装置とゲーム装置とで別々に設ける構成としても良い。それにより、より速い複雑な動作が可能となる。
【００９５】
以上説明したように、本発明の実施例の指入力装置によれば、遊戯者が指入力空間で指を動かすと、この指の位置や動きの速さ、指の所定動作による指令が非接触で検出され、これをゲーム装置に出力することができる。また、本願の指入力装置を使用したゲーム装置は、非接触の指の動きで楽しめるゲームを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の指入力装置を備えたゲーム装置の斜視図である。
【図２】本発明の指入力装置を備えたゲーム装置のカットモデルを示す斜視図である。
【図３】本発明の指入力装置を説明する説明図である。
【図４】本発明の指入力装置における、指入力空間に挿入した指と指の画面表示とを説明する説明図である。
【図５】本発明の指入力装置を備えたゲーム装置の制御系を説明するブロック図である。
【図６】二次元センサ部を説明する説明図である。
【図７】指入力空間に挿入した指の指先の位置に応じて画面に表示される表示画面の例を説明する説明図である。
【図８】指先位置を判別するインタフェースの動作を説明するフローチャートである。
【図９】指先位置に対応した画像を表示する例を説明するフローチャートである。
【図１０】指先の移動速度を検出する例を説明するフローチャートである。
【図１１】指入力装置を使用するゲーム装置の全体動作を説明するフローチャートである。
【図１２】指入力を使用するゲーム部分を説明するフローチャートである。
【図１３】指先の動きの早さに応じて画面数を変化させる例を説明するフローチャートである。
【図１４】画像補完の例を説明する図である。
【図１５】３×３のセンサ数の二次元センサを用いた場合に、センサ間位置に対応して補完画像を表示する例を説明する説明図である。
【図１６】指先で特定の動作（ジェスチャ）をした場合を検出する例を説明するフローチャートである。
【図１７】特定のジェスチャに基づいてアニメーションを表示器に表示する例を説明するフローチャートである。
【図１８】特定の画面おいて特定のジェスチャを行った場合に発生する、アニメーションの例を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９７】
１  ゲーム装置、１０  ケース部、１２  挿通穴、１５  指入力空間、２０  ＬＣＤ表示器、３０  光源部、４０  センサアレイ部、５０  マイクロコンピュータシステム
【図１】
2010022673.tif 000003
【図２】
2010022673.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010022673.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010022673.tif 000009
【図８】
2010022673.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010022673.tif 000013
【図１２】
2010022673.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2010022673.tif 000016
【図１５】
2010022673.tif 000017
【図１６】
2010022673.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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